光半导体激光器让300张光盘变1张
把300张CD光盘变成1张,大家可能认为只有魔术师能做得到。可是中国科学院半导体研究所研究人员说这不是梦想。
他们不是魔术师,不会变戏法,到底他们是怎么做到的呢?原来,他们请了“蓝光”来帮忙。
赤橙黄绿青蓝紫,在普通人眼中只是七种不同颜色的光,而在科研人员眼中,不同的颜色变成了不等的波长,红光到紫光,700nm—400nm,枯燥的数字代替了绚丽的色彩,但是就是在这不等的数字中隐藏着丰富的科研价值。
这半个世纪以来,半导体光电技术在科技领域扮演了很重要的角色。它发展迅速,应用广泛,光纤通信、CD、DVD、中红外或近红外激光器都是最重要的组成部分。但是,一直以来让专家们觉得遗憾的是,在半导体激光器家族中,缺一名重要成员———短波(可见光)激光器,即蓝、绿光波段的激光器。
从1960年代初,国际上开始对“氮化镓激光器”材料有所研究,研究高潮开始于90年代初,我国1993年左右也开始起步,到“十五”863的立项,最后到2004年11月16日,我国“氮化镓激光器”(即蓝色激光器)研制成功,项目负责人半导体所杨辉副所长说:“至此,我国的半导体激光器发展史上不再留有遗憾,我们终于有了自己的知识产权。”
蓝光让我们有了梦想
1960年代初,与红光材料的研究基本同时开始的还有对氮化镓材料的研究。红光材料方面屡出成果,而氮化镓材料的研究却停滞不前,一直没有什么进展。直到1990年代初,日本科研人员经过不懈的努力,解决了其中的几个核心问题,氮化镓材料的研究才终于有所突破。
有了突破,就有了希望。蓝光波段的半导体技术研究在这十几年迅速升温,国外大部分研究半导体的个人或单位都转到涉足蓝光的半导体技术。我国国内,1993年开始才有单位进行相关研究,时间上比国际上晚了几年,资金投入、人员投入更是差了很远。“不管怎么说,国家开始重视它,我们离它也更近了。”张书明研究员对记者说。
中科院半导体研究所的人员借助关键工艺技术的储备基础和半导体材料生长技术优势,开始对氮化镓激光器的研究进行部署。2002年,半导体所GaN—LD课题组承担了国家863重大项目“氮化镓基激光器(GaN—LD)”的攻关研发。
我国是CD、DVD的生产大国,但不是强国。我国其不具备核心技术,核心部件都由国外公司控制,我们不得不花费大量外汇进口。对于未来蓝光光盘的核心技术,我们不能无所作为,抢占这一技术制高点是我们的梦想
。
蓝光技术有破有立
地里长庄稼,水里长水草,蓝宝石上长氮化镓。
氮化镓作为“氮化镓激光器”的主要材料,它的质量直接关系到“氮化镓激光器”能否研制成功。它与发光管(LED)不同,发光管只要通电就能发光,亮度的高低只是说明发光管质量的好坏,而激光器的要求就严格很多,如果氮化镓的质量不高,就会直接致使发出的光成为普通光而非激光,不是激光自然就不能称其为激光器了,也就不具备激光的许多优点和应用。
半导体所的科研人员和技术人员通过对一系列材料组分、掺杂,以及器件结构(比如厚度)的精确控制,再经过反复实验,最终在蓝宝石衬底上长出了高质量的氮化镓材料。
“长出来的东西是不是氮化镓,它的质量到底怎样,并没有现成的仪器来检测。”杨辉说,“不了解这一行的人可能认为长出了氮化镓就能进行激光器研制了,但实际上,对氮化镓材料的检测才是随之而来的难题。”半导体所的人员通过X-光检测、光致发光检测、拉曼光谱检测等一系列检测分析,判断材料的结构信息、光学特性、电学特性等最终实现了对氮化镓材料的质量检测。
创新是科研工作的血液,“氮化镓激光器”的研究中不仅有对技术难题的突破还有了自己的创新。决定材料重要性质的外延材料生产技术、激光器谐振腔形成技术、激光测试技术不仅达到了国际先进水平,还有了更新的突破,立起了我们自己的标准。
我们加入了“蓝光俱乐部”
“在国内,我们的研究填补了空白,在国际上,我们的研究也是先进的。因为,我们加入了‘蓝光俱乐部’。”杨辉自豪地告诉记者。氮化镓激光器的研究,需要有很高的综合研究基础和能力,加入“蓝光俱乐部”就表明,我们在这个研究领域在高技术难度的课题上是有竞争力的。
张书明研究员还告诉记者,在有关“氮化镓激光器”的报道发出以后,第二天就接到了很多咨询电话,很多国外同行还发来E-mail表示祝贺。以前,在研究中也有过很多成果,但是受到如此重视的还是第一次。国内很多同行专家在评审会上所说,“氮化镓激光器”的研制成功具有里程碑意义。
这是一个新台阶,没上这个台阶,我国的“氮化镓激光器”是有与没有的问题,上了这个台阶,即使是我们比国际最高水平迟了几年,表明我们从此就有了参与到这个领域的竞争力。能够研究出自己的专利产品,与别国形成互相制约的关系而不再是受制于人了。
蓝光让生活更便捷
一个眼镜片大小的晶体放在记者面前,晶莹剔透,看起来很漂亮,研究人员告诉记者这就是蓝色激光器的核心材料,让记者大吃一惊,更让记者不可思义的还不止于此,在这直径5cm左右的蓝宝石衬底上就能创造出上百万美元的价值。
“氮化镓激光器”应用于光盘比已有的红光激光器大大提高了光盘的存储量。上世纪60年代初开始,半导体激光器快速发展,并被广泛应用到实际生活中,被大家熟知的CD,用的是波长780nm近红外或红外半导体激光器,这样的一张光盘存储量只有650M,几年后出现了DVD,它使用的激光器波长缩短为650nm,这就使一张光盘的存储量提高到了4.7G左右。而蓝光技术,波长更短,存储量更大,最大可以达到200GB,相当于普通650M光盘300张。我们的科研人员就是这样利用蓝光技术,变了个戏法。
光盘的存储量增大,它的应用领域也就更广,图书馆、卫星云图、遥感测绘、卫星侦察等海量数据存储也更便捷。
除了光盘存储量能大大提高,蓝光激光器还能提高激光打印的分辨率和打印速度,每分钟可打印60页,分辨率可以从现在标准的600dpi提高到1200dpi。激光电视要是应用了蓝光激光器,将使其体积更小、质量更可*、寿命更长、性能更好。
专家介绍,这项技术由实验室走向市场,实现“氮化镓激光器”的产业化,还有很长的路要走。怎样从实现脉冲激射到实现连续工作,还需要科研人员大费脑筋。只有实现高稳定性、高可*性、低成本,才能让“蓝光”普照大地,使我们的梦想成真。
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